常见回转面相贯线正投影画线仪的研制

摘 要 三维图形的相贯线是画法几何中的一大难点，是机械制图学习过程中的一道门槛。为此研发了一种常见回转面相贯线正投影画线仪。介绍了其工作原理及结构。在圆柱、圆锥、球体等常见回转面上，此仪器可以手动生成与其轴线正交、斜交、偏置、平行等相贯的相贯线正投影，且回转体的形状、尺寸均可调整。在动手过程中加强了对相贯线的了解，有效地辅助了课堂教学。

关键词 机械制图 相贯线 正投影 画线仪

中图分类号：TH126 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.068

Development of Plotting Instrument for the Orthographic Projection

of the Intersecting Lines on Common Rotative Surfaces

HU Yunfei， WU Ying， ZHAN Xufeng， ZHANG Changhong

Abstract The intersection line of 3D figure is one of the difficult parts in descriptive geometry， and also a barrier in the learning process of mechanical drawing. For this reason， the plotting instrument for the orthographic projection of the intersecting lines on common rotative surfaces was developed. The work principle and construction of the instrument were introduced. By the instrument the orthographic projection of the intersecting lines on common revolution surface， such as cylinder， cone and sphere etc.， were manually generated under its intersecting position of orthometric， heterotropic， parallel and so on. Moreover， the shape and size of rotative solid were adjustable. The intersecting lines were understood well under the using process.The classroom teaching was effectively supported.

Key words mechanical drawing; intersecting line; orthographic projection; plotting instrument

机械制图是机械类专业的基础课程，为后续众多专业课奠定基础。学习本门课程的学生数量众多。“相贯线”的读图与绘制一直是该课程的重点和难点之一。对其研究较多。①②③④究其原因，一是因为部分学生空间想象能力较弱。二是因为“相贯线”是在两个形状的表面形成的交线，研究对象是组合体，增大了空间想象的难度。三是因为“相贯线”的形状和特性规律性不强，很难把握。⑤目前因缺乏合适的教学仪器，学生只能观察“相贯体”的三维模型和实物模型来加深理解，缺少动手实践环节。因此，研制了常见回转面相贯线正投影画线仪，能够手动绘出常见回转面相贯线正投影，促进了对该难点的理解和掌握。

1 基本原理介绍

常见回转面相贯线正投影画线仪的基本原理为：三根相互正交的画笔为竖直画笔，左视图画笔和正视图画笔，模拟机械制图中正视图、俯视图和左视图这三个基本视图的投影方向。竖直画笔绕着回转中心线转动一圈，形成回转体包络面。在转动过程中竖直画笔始终接触另一回转体，则画笔的轨迹就是相贯线的轨迹。与之相连的左视图画笔和正视图画笔就会在左画板和正画板记录相贯线的左投影和正投影。

常见回转面相贯线正投影画线仪的基本原理如图1所示，主要由1底座支撑装置、横向导轨2、回转臂3、竖直画笔4、左视图画笔5、左画板6、正画板7、相贯体8等组成。转动回转臂3，带动竖直画笔4回转，竖直画笔4在弹簧的作用下与安装在工作台上的相贯体8保持接触，从而使笔头在相贯体的表面光顺连续的画出相贯线的轨迹。同时竖直画笔4上固连的轴承B也会按照相同的相贯线轨迹运动，轴承外面固连的左视图画笔5也会随着轴承的运动而运动，且在弹簧的作用下左视图笔头始终压在左画板6上。在转动一圈的过程中，相贯线的左视图就会被记录在左画板6上。同理，轴承外边固接的正视图画笔也会在正画板7上记录相贯线的正视图。

2 画线仪结构设计

常见回转面相贯线正投影画线仪的结构模型如图2所示，主要包含六大装置：底座支撑装置1、相贯体夹具装置2、旋转装置3、和画线装置等。画线装置由竖直画线装置4、左视图画线装置5和正视图画线装置6等组成。

2.1 底座支撑装置

底座支撑装置如图3所示，主要由底座1、竖直导轨2、紧定螺钉3、横向导轨4、滑块5等组成。底座1支撑整个画线仪，通过紧固件与其他零件连接。横向导轨4可在竖直导轨2上下移动，以便调节竖直画笔的竖直位置;调节好竖直画笔的竖直位置后，拧紧紧定螺钉3，将横向导轨4固定在竖直导轨2上。滑块5在导轨4上水平移动，调节竖直画笔的水平位置，确定竖直画笔的旋转轴线。

2.2 相贯体夹具装置

相贯体夹具装置如图4所示，主要由夹具底座1、滑动底座2、支撑板3、顶尖4、活动板5、紧定螺钉6、限位板7、螺钉8和转轴9构成。滑动底座2通过燕尾槽与夹具底座1连接，可以调节相贯体轴线的纵向位置，并且用紧定螺钉6固定。活动板5和滑动底座2用转轴9连接，通过旋转限位板7，带动滑动底座2绕着转轴9旋转，从而调节相贯体轴线与水平面的角度，拧紧螺钉8，将活动板5固定在某一角度，如图5所示。

相贯体夹具装置上可以安装圆柱体、圆锥体和球体等。相贯体夹具装置上安装圆锥体如图6所示;相贯体夹具装置上安装球体如图7所示。

2.3 旋转装置

旋转装置的功用已在基本原理介绍中说明。试验证明：旋转盘在转动过程中平衡效果更好，有益于相贯线的平稳绘制。所以其结构较图1有所改变，即将图1中旋转臂3换成图2中旋转盘3。

2.4 画线装置

画线装置包含竖直画线装置、左视图画线装置与右视图画线装置。

2.4.1 限位装置

为了保持正视图投影画笔和左视图画笔能绘制出正确的相贯线的投影，其关键在于要始终保持画笔的方向与投影方向一致。限位装置三维模型如如图8所示，由正画板1、直线导轨2、直线导轨3、笔夹4、正视图画笔5、定位块6、左视图画笔7、左画板8等组成。

对于正投影的绘制，需要始终保持正投影画笔5的轴线与正画板1平面垂直。该装置安装了两套直线导轨，笔夹4用螺钉连接在直线导轨3的滑块上。笔夹4内孔与正视图画笔5的外圆小间隙配合，正视图画笔5受到笔夹4限制，轴线始终与正画板1平面垂直。

正视图画笔5和左视图画笔7通过螺纹连接在定位块6上，且左视图画笔7的轴线始终垂直于正视图画笔5的轴线。因此，左视图画笔就会始终垂直于左画板8。

2.4.2 画线装置结构

由于左视图画线装置与右视图画线装置的结构类似，只是由于投影方向的不同而导致放置方向不同。因此，只介绍竖直画线装置和左视图画线装置的结构。

竖直画线装置和左视图画线装置的结构如图9所示。竖直画线装置由连接滑块1、笔筒2、弹簧3、笔套4和竖直画笔5组成。左视图画线装置由笔筒8、弹簧9、笔套10、左视图画笔11、左画板12组成。竖直画线装置和左视图画线装置之间通过轴承6和定位块7连接。

连接滑块1将竖直画笔装置与旋转装置连接，笔筒2在连接滑块1上滑槽的中滑动来调节竖直画笔5转动半径的大小，从而改变回转面的半径;竖直画笔5在弹簧3的作用下始终接触相贯体的表面;同理，左视图画笔11在弹簧9的作用下始终接触左画板。竖直画笔在转动盘的带动下转动，并在弹簧的作用下与安装在夹具装置的相贯体接触，在相贯体表面上绘制出相贯线。与此同时，轴承6和定位块7带动左视图画笔11运动，左画板12上便会记录下相贯线的左视图。

正视图画笔装置和竖直画笔装置之间的连接关系和工作原理与上述介绍相同。同理，竖直画笔在转动过程中就会在正画板上就会记录出相贯线的正视图。

2.4.3 回转面的形状

竖直画笔可以形成圆柱包络面和圆锥包络面。竖直画笔形成圆锥包络面如图10所示。

设计制作出的此种仪器可以在圆柱、圆锥、球体等常见回转面上手动生成与其轴线正交、斜交、偏置、平行等相贯位置下的相贯线，且回转体的形状、尺寸均可调整。基本包含机械制图课程教学中各种相贯线及其正投影的生成。

3 小结

研制了一种常见回转面相贯线正投影画线仪。对培养当代工科学生的动手能力和空间思维能力，加深对相贯线的理解有极大的促进作用。该仪器结构实用，纯手动操作，调节方便、画线容易。

注释

① 张筱洁，张爽.通过求相贯线培养学生的解题能力.新校园（阅读），2015.368（8）：139.

② 程刚，卢淑群.工程制图中两正交圆柱体相贯线的教学探讨.科教导刊（下旬），2015（9）：77-78.

③ 靳晓玲.两正交圆柱相贯线教学方法探讨.科技信息，2014（7）：157.

④ 周硕婷.UG 在《相贯线画法》教学中的应用.黑龙江科技信息，2014（7）：108.

⑤ 裘国定.浅谈机械制图教学中圆柱相贯线[J].浙江工商职业技术学院学报，2010.9（1）：94-95.